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Kolbenstangen

[559] Kolbenstangen tragen den Kolben und verbinden ihn, durch eine Stopfbüchse aus dem Zylinder heraustretend, mit dem äußeren Triebwerk.

Man wählt für Kolbenstangen, damit sie in der Stopfbüchse mit glatter Oberfläche und geringer Abnutzung laufen, einen nicht zu weichen Stahl von etwa 0,75% Kohlenstoffgehalt. Die Befestigung der Stange im Dampfkolben erfordert (nach Bd. 2, S. 589, Fig. 1–12) einen Absatz, entweder eben oder mit kurzem Kegel von 1 : 1 bis 1 : 2 oder mit schlankem Kegel von 1 : 10 bis 1 : 20 Seitenneigung und Verschraubung mit einer bronzenen Mutter, oder unmittelbare Verschraubung in einem schmiedeeisernen Kolben. Der Absatz mit dem Durchmesserverhältnis 1,15 bis 1,4 : 1 wird in der Achsenrichtung mit 50 p kg/qcm bei p Atmosphären Kolbendruck belastet. Ein vorspringender Bund ist ohne Stauchung des Stahls herzustellen und muß unter[559] Umständen noch erlauben, die Stange mit der Grundbüchse aus der Stopfbüchse herauszuziehen. Die Verbindung mit dem Kreuzkopf erfolgt in der Regel mit schlankem Kegel und Querkeil (s. Keile, Fig. 1), seltener durch Verschraubung.

Der Stangendurchmesser d beträgt normal ein Siebentel vom Zylinderdurchmesser D. Der Schaft erhält dabei 50 p kg/qcm Zug- und Druckspannung; doch beschränkt man die Zugspannung an den Befestigungsstellen, nämlich im Kern der Kolbenschraube und im Kegel neben dem Keilloch möglichst auf 300–400 kg/qcm und den Flächendruck an der Mutter auf 150 bis 200 kg/qcm. Man berechnet die Schaftstärke auf Knickung und bei liegenden Maschinen mit nicht im Zylinder aufruhendem Kolben noch auf Durchbiegung. In der Knickformel JEπ² = S Pl² ist zu setzen: J = d⁴/20; E = 2200000 kg qcm; π = 10; S = 10 fache bis 20 fache Sicherheit, P kg Stangendruck; l die Länge von Mitte Kolben bis Mitte Kreuzkopf, ohne Rücksicht auf die Stopfbüchsenführung. Mit S = 20 wird d⁴ = Pl²/53000. Wenn z.B. l = 1,55 für S cm Kolbenhub gesetzt werden kann und P = π d²/4, so erhält man d⁴ = S² P/24000 = S²D² p/30000. An liegenden Maschinen mit durchgehender, beidendig geführter Kolbenstange senkt sich der schwebend getragene Kolbenkörper um f cm unter die Achse der Geradführungen, und zwar ist f = L³ (Gk + ⁵/₈ Gs)48 EJ. Hierin bedeutet L in Zentimetern die ganze Länge der Stange zwischen ihren Stützpunkten; das Kolbengewicht Gl und das Stangengewicht G_s lassen sich schätzungsweise (nach Bd. 2, S. 592) setzen (Gk + ⁵/₈ Gs) = D²(D + 40)/1000; für J = d⁴/20 wird man bei Stangen, die vor und hinter dem Kolben verschiedene Stärke haben, einen Mittelwert einsetzen. Das Maß f soll kleiner als der seitliche Spielraum des Kolbens im Zylinder sein. Setzt man f fest, so kann man d ausrechnen und findet z.B. für f = 0,25 cm auf 100 cm Hub, und wenn L = 3,5 S gesetzt werden kann, d⁴ = S² D²(D + 40)/300000. Je größer die Zylinder und je kleiner der Druck p, um so mehr kommt die Durchbiegung gegenüber der Knickung in Betracht, so daß man bei großen Gebläsezylindern gelegentlich zu hohlen, gußeisernen Kolbenstangen übergegangen ist. Um das Maß f müssen sich die Stopfbüchsen bei jedem Hub auf und ab verschieben, wenn sie nicht etwa selbst tragen. Darum ist empfohlen, die Stange so herzustellen, daß sie unter der Wirkung des Kolbengewichtes gerade wird (D.R.P. Nr. 34184 von A. Collmann).

An Tandemmaschinen berechnet man die Kolbenstange (s. die Figur) je für das Stück vom Kreuzkopf bis Vorderkolben und zwischen den Kolben für die entsprechenden Stangendrucke auf Knickung und beschränkt die Durchbiegung nach Möglichkeit durch passend eingebaute. Gleitlager. Für die Stärke an den einzelnen Stellen der Stange sind schließlich noch die Rücksichten auf das Ein- und Ausbauen der Kolben und der Stange maßgebend.

Kolbenstangen für Verbrennungsmotoren (s.d.) werden zum Zweck der Kühlwasserzuführung und -abführung der Länge nach durchbohrt.

Lindner.